Connaissances de base, quantité de matière, dosage acide base : concours ATRF préparateur en chimie Maine 2011.

. En fin d’année, vous devez épuiser les crédits de votre laboratoire. Pour cela vous décidez de commander du petit matériel. Vous disposez de 1781 € TTC de crédit. Votre fournisseur vous adresse un devis hors taxe d’un montant de 1591 €. De combien doit être la remise (en %) que le fournisseur voudra bien vous consentir pour que vous puissiez dépenser au mieux l’intégralité de vos crédits (le taux de TVA est de 19,6 %). Crédit disponible hors taxe : 1781 / 1,196 =1489,13 €. Remise à consentir : 1591-1489,13 =101,87 €. Soit : 101,87 / 1591*100 =6,4 %. Sur un banc Kofler (plaque chauffante permettant de déterminer les points de fusion), on lit les indications suivantes 220V ; 50Hz ; 2kW. Le câble d’alimentation est composé de 3 fils (bleu, vert-jaune et rouge). Indiquez les couleurs conventionnelles pour : la terre ( jaune et vert) ; le neutre ( bleu ); la phase ( rouge ). Quelle est la tension mesurée entre : La phase et le neutre : 220 V. La phase et la terre : 220 V. ( zéro volt entre le neutre et la terre ). Calculez l’intensité qui traverse la plaque en fonctionnement. Intensité efficace (A) = Puissance (W) / tension efficace (V) = 2000 / 220 = 9,1 A. Calculez la résistance électrique de la plaque. R = U / I = 220 / 9,1 ~ 24 ohms. Compléter le schéma  en précisant les noms des différents domaines de longueurs d’onde (visible, UV, ondes radio, rayons X, IR, rayons gamma). Compléter les tableaux. Grandeur Unité Symbole longueur mètre m intensité ampère A fréquence hertz Hz pression pascal Pa tension volt V volume mètre cube m3 symbole élément symbole élément N azote K potassium Zn zinc Ag argent Ar argon F fluor He hélium Hg mercure Sn étain P phosphore Nom Formule produit minéral produit organique caractéristique acide nitrique HNO3 X ..... liquide, acide corrosif acétone ou propanone CH3-CO-CH3 ..... X solvant inflammable phosphate de sodium Na3PO4 X .... sel solide sulfate de fer (II) FeSO4 X ... solide eau oxygénée ou peroxyde d'hydrogène H2O2 ..... X oxydant, liquide acide oxalique HOOC-COOH X acide thiosulfate de sodium Na2S2O3 X réducteur acide formique HCOOH X acide bromure de potassium KBr X utilisé en spectroscopie IR trichlorure d'aluminium AlCl3 X catalyseur Compléter et équilibrer les réactions chimiques suivantes. (COOH)2 + 2 NaOH → (COO-)2 + 2Na+ + 2 H2O. H3BO3 +2 H2O → B(OH)4- + H3O+. H3PO4 + 3 NaOH → PO43- + 3Na+ + 3 H2O. I2 + 2 S2O32- → 2 I- + S4O62-. 6 Fe2+ + Cr2O72- + 14 H3O+ → 6 Fe3+ + 2 Cr3+ +21 H2O. Ca2+ + 2 Cl- → CaCl2. Pb2+ + 2I- →PbI2. Monographie en chimie organique: précisez la fonction principale de la molécule et donnez son nom : Molécule Fonction Nom C6H5COCl chlorure d'acyle chlorure de benzoyle CH3-CHNH2-CH3 amine primaire 2-aminopropane CH3-CH2-CH2-COOH acide carboxylique acide butanoïque CH2=CH2 alcène éthène ou éthylène CH3-COO-C2H5 ester éthanoate d'éthyle C6H5CHO aldehyde benzaldehyde CH3-CH2-CH2-CONH2 amide butanamide C6H5OH phénol phénol Equilibrez cette réaction : Ag+aq + Cl-aq ---> AgCl(s). Donnez le nom de la réaction et le nom du produit formé. Précipitation du chlorure d'argent. Par quelle méthode peut-on récupérer le produit formé ? Filtration. La réaction d’aluminothermie consiste à faire réagir l’aluminium métal sur un oxyde, par exemple l’oxyde de fer (III) Fe2O3. Écrire l’équation bilan de la réaction sachant qu’il se forme de l’oxyde d’aluminium Al2O3 et du fer métal. 2Al + Fe2O3 ---> Al2O3 + 2Fe. On désire obtenir m=500 g de fer. Calculer les masses d’aluminium et d’oxyde de fer (III) qu’il va falloir faire entrer en réaction. Quantité de matière de fer n(Fe) = m / M(Fe) = 500/56 = 8,9286 mol Quantité de matière d'aluminium n(Al) = n(Fe) = 8,9286 mol Quantité de matière d'oxyde de fer (III) : n(Fe2O3) = 0,5 n(Fe) =0,5*8,9286 =4,4643 mol. Masse d'aluminium : m(Al) = n(Al) M(Al) = 8,9286 *27 =241,0 ~2,4 102 g. Masse d'oxyde de fer(III) : M(Fe2O3) = 2*56+3*16 = 160 g/mol. Masse d'oxyde de fer(III) : n(Fe2O3) M(Fe2O3) =4,4643*160 =714,3 ~7,1 102 g. Quelle est la masse d’oxyde d’aluminium formé ? La loi de Lavoisier est-elle vérifiée ? Quantité de matière d'oxyde d'aluminium  : n(Al2O3) = 0,5 n(Al) =0,5*8,9286 =4,4643 mol. Masse d'oxyde d'aluminium : M(Al2O3) = 2*27+3*16 = 102 g/mol. Masse d'oxyde d'aluminium : n(Al2O3) M(Al2O3) =4,4643*102 =455,4 ~4,5 102 g. La masse des réactifs est égale à celle des produits : la loi de lavoisier est vérifiée. Masses atomiques molaires en g.mol-1 : M(O) = 16 ; M(Al) = 27 ; M(Fe) = 56. Pour fabriquer du chlorure d’hydrogène, on fait réagir du dichlore avec du dihydrogène. Écrire l’équation bilan de la réaction. H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g). Quels volumes de dihydrogène et de dichlore faut-il faire réagir pour obtenir 24 m3 de chlorure d’hydrogène ? (tous les volumes sont mesurés dans les mêmes conditions). Les volumes des gaz sont proportionnels aux nombres stoechiométriques de l'équation, c'est à dire 1, 1 et 2. Don 12 m3 de dihydrogène et 12 m3 de dichlore. Quels volumes de dihydrogène et de dichlore fait-il pour obtenir une tonne de chlorure d’hydrogène ? Vm = 24 L/mol ; M(HCl) = 36,5 g/mol ; M(H) = 1,0 g/mol. Quantité de matière de chlorure d'hydrogène : n (HCl) =1,0 106 / 36,5 =  2,74 104 mol. n(H2) = n(Cl2) = ½n(HCl) = 1,37 104 mol. V(H2) = V(Cl2) = n(Cl2) Vm =1,37 104 *24 =3,3 105 L. En brûlant 0,528 g de saccharose (composé de C, H et O) on a formé 0,306 g d’eau et 0,815 g de dioxyde de carbone. Calculer la composition en pourcentage massique du saccharose. Masses atomiques molaires en g.mol-1 : M(H) = 1 ; M(C) = 12 ; M(O) = 16. Formule du saccharose : CxHyOz. Masse de carbone dans 0,815 g de CO2 : 12 / 44*0,815 =0,222 g dans 0,528 g de saccharose soit 0,222 / 0,528 *100 = 42,1 %. Mase d'élément hydrogène dans 0,306 g d'eau : 2 / 18*0,306=0,034 g soit 0,034 / 0,528 * 100 = 6,44 %. % d'élément oxygène : 100-42,1-6,44 =51,5 %. Données : pKa : CH3CO2H / CH3CO2 - = 4,8. On dose un volume VA= 20 mL d’une solution d’acide éthanoïque de concentration CA par une solution d’hydroxyde de sodium de concentration CB =0,1 mol/L. On obtient la courbe (trait plein) ci-dessous pH = f(VB). Ecrire l’équation bilan de la réaction de dosage. Calculer sa constante de réaction. En déduire, en le justifiant, que la réaction est quasi-totale. CH3CO2H aq + HO-aq = CH3CO2 - aq + H2O(l). K = [CH3CO2 - aq] / ([CH3CO2H aq][HO-aq]). Or Ka = [CH3CO2 - aq][H3O+aq]/ [CH3CO2H aq] soit : [CH3CO2 - aq] / ([CH3CO2H aq] = Ka / [H3O+aq]. Repport dans K : K =Ka / ([H3O+aq][HO-aq]) = 10-4,8 / 10-14 = 109,2. K étant grande, la réaction est totale dans le sens direct. Définir l’équivalence acido-basique. Quelles sont les espèces majoritaires (à part l’eau) présentes dans le mélange réactionnel à l’équivalence ? En déduire la nature (acide, basique ou neutre) du mélange à l’équivalence. A l'équivalence les quantités de matière des réactifs sont en proportions stoechiométriques. Avant l'équivalence, l'un des réactifs est en excès, après l'équivalence, l'autre réactif est en excès. CH3CO2 - aq et Na+aq sont majoritaires à l'équivalence. Na+aq n'a aucune propriétés acido-basiques ; CH3CO2 - aq est une base, le pH de la solution sera supérieur à 7. Déterminer les coordonnées du point d’équivalence. Calculer la concentration de l’acide éthanoïque. A l'équivalence CA VA = CB VE ; CA  = CB VE / VA= 0,1 * 16 / 20 =  8,0 10-2 mol/L. Indiquer le point de la courbe pour lequel on a CH3CO2H = CH3CO2- . Comment nomme-ton ce point ? Le mélange correspondant à ce point possède des propriétés. Lesquelles ? A la demi-équivalence, pH = pKa. La solution est une solution tampon. Celle-ci modère les variations de pH due à l'ajout modéré d'acide ou de base ainsi qu'à une dilution modérée. On dilue, au dixième, la solution d’acide éthanoïque et on fait de même pour la solution de soude. On dose 20 mL de la solution d’acide éthanoïque diluée par la solution de soude diluée. On obtient alors la courbe en pointillés sur le même graphe (pour les seuls points où elle diffère de la courbe précédente). Il est visible, sur le graphe, que le volume de soude à l’équivalence n’a pas changé. Expliquer. La dilution est faite en ajoutant de l'eau distillée : celle-ci n'apporte quasiment pas d'ion oxonium H3O+aq. En s’aidant de la courbe, estimer de combien a varié le pH initial de la solution d’acide éthanoïque. Dans les mêmes conditions de dilution, quelle aurait été la variation de pH avec un acide fort ? Lecture du pH initial : en diluant au 1/10è une solution d'acide éthanoïque, le pH augmente d'environ 0,4 unité pH. En diluant 10 fois une solution d'acide chlorhydrique, le pH varierait d'une unité pH.

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